压力检测仪表检测原理

1压力检测及仪表一、压力测量仪表表示受力面积。表示垂直作用力；表示压力；式中，SFpSFp压力是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。压力的单位为帕斯卡，简称帕（Pa）211mNPaPaMPa61011大气压力绝对压力表压pppp表P真P绝P绝大气压力线绝对压力的零线在压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度之分。绝对压力大气压力真空度ppp当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。绝对压力、表压、负压（真空度）的关系大气压：是地球表面上的空气质量所产生的压力。绝对压力：相对0压力（绝对真空）所测的压力表压：绝对压力与当地大气压之差。2.2液柱式压力计它根据流体静力学原理,将被测压力转换成液柱高度进行测量。按其结构形式的不同有U形管压力计、单管压力计等优点这类压力计结构简单、使用方便.缺点其精度受工作液的毛细管作用、密度及视差等因素的影响，测量范围较窄，一般用来测量较低压力、真空度或压力差。U型管压力计2.弹性式压力计它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。3.电气式压力计它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量（如电压、电流、频率等）来进行测量的仪表。液柱式压力计的原理原理：利用液柱所产生的压力与被测压力平衡封液：水、酒精、水银特点：结构简单，物理本质清晰。p1−p2=ρgh液柱式压力计的原理原理：利用液柱所产生的压力与被测压力平衡封液：水、酒精、水银特点：结构简单，物理本质清晰。p1−p2=ρghp1−p2=ρghp1−p2=ρglsinα（2）毛细现象造成的影响；（3）安装、读数、刻度等方面的误差。毛细现象使封液表面形成弯月面，不仅引起读数误差，还会引起液柱的升高或降低。通过加大管径来解决。酒精：D=3mm；水银：D=8mm2.3弹性式压力计定义弹性式压力计是利用各种形式的弹性元件，在被测介质压力的作用下，使弹性元件受压后产生弹性变形的原理而制成的测压仪表。优点具有结构简单、使用可靠、读数清晰、牢固可靠、价格低廉、测量范围宽以及有足够的精度等优点。可用来测量几百帕到数千兆帕范围内的压力。1.弹性元件弹性元件是一种简易可靠的测压敏感元件。当测压范围不同时，所用的弹性元件也不一样。图2-5弹性元件示意图弹簧管式弹性元件如图(a)和(b)所示，波纹管式弹性元件如图(e)所示，薄膜式弹性元件如图(c)和(d)所示。弹簧管压力计弹簧管压力表分类使用的测压元件单圈弹簧管压力表与多圈弹簧管压力表。用途普通弹簧管压力表，耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧气压力表等。1—弹簧管；2—拉杆；3—扇形齿轮；4—中心齿轮；5—指针；6—面板；7—游丝；8—调整螺丝；9—接头弹簧压力表游丝中心齿轮弹簧管拉杆满度调节零点限位扇形齿轮弹性式压力传感器是基于弹性元件（弹性管、膜盒、波纹管等）受力后产生的位移与压力成一定函数关系的原理制成。精度等级0.4量程4MPa200格0.02MPa/格弹簧管压力表(1).压力计的选用压力计的选用应根据工艺生产过程对压力测量的要求，结合其他各方面的情况，加以全面的考虑和具体的分析，一般考虑以下几个问题。仪表类型的选用仪表精度级的选取仪表测量范围的确定55举例例3某台往复式压缩机的出口压力范围为25～28MPa，测量误差不得大于1MPa。工艺上要求就地观察，并能高低限报警，试正确选用一台压力表，指出型号、精度与测量范围。解由于往复式压缩机的出口压力脉动较大，所以选择仪表的上限值为根据就地观察及能进行高低限报警的要求，由本章附录一，可查得选用YX-150型电接点压力表，测量范围为0～60MPa。MPapp562282max1由于，故被测压力的最小值不低于满量程的1/3，这是允许的。另外，根据测量误差的要求，可算得允许误差为316025%67.1%100601所以，精度等级为1.5级的仪表完全可以满足误差要求。至此，可以确定，选择的压力表为YX-150型电接点压力表，测量范围为0～60MPa，精度等级为1.5级。UHIBUHIBIRUHH半导体磁极磁极弹簧管P(1)霍尔片式压力传感器将霍尔式置于磁场B中，通一电流I，载流子（自由电子）在在磁场作用（洛伦兹力）下，运动轨迹发生偏离，在两个侧面形成积累，产生电势——霍尔电势UH。一般I=3～20mA，B为零点几T（特斯拉），UH约为几十mV。将霍尔片式粘接在弹簧管的自由端，压力P增大，霍尔片在磁极下产生位移，“等效磁场B”发生变化，霍尔电势UH就变化。即霍尔电势UH随压力变化。RH：霍尔系数2.4电气式压力传感器(2)电阻式检测元件加速度位移压力形变温度电阻应变片热电阻湿敏电阻气敏电阻力压力温度湿度气体组成、含量电阻应变片FFlr应变效应lRARlARlA2Ar2Arr222ArrrArr2rlV2rlC220rrlrl12rlrlrlrl312(12)RlRl几何尺寸效应压阻效应金属半导体//(12)//RRKllll应变灵敏系数对大多数金属，=0.3~0.5金属应变片半导体应变片丝式箔式敏感栅引线黏结剂体型薄膜型扩散型——高灵敏度应变片的主要特性灵敏系数绝缘电阻零漂和蠕变允许电流应变极限//RRKll应变计的敏感栅和引线与被测件之间的电阻零漂：不承受机械应变时，指示应变值随时间变化蠕变：承受恒定的应变时，指示应变值随时间变化应变片不因电流放热而影响测量所允许的最大电流真实应变—指示应变真实应变100%lim10%时的最大真实应变应变极限金属电阻应变片的工作原理金属或半导体电阻应变片在外力的作用下产生微小的机械变形——应变，而导致电阻发生变化。KRR/LL/基片电阻丝覆盖层引出线受力变形后ＬK——应变片的灵敏度受力悬臂梁受拉受压ε——长度应变值例:应变片压力传感器ERRRRRRRRERRRERRRUO))((43213241433211ERRRRRRRRRRRRRRRRUO))(())(())((4433221133224411)(433224411RRRRRRRREUO)(43241KEUO4321RRRR略去两个“△”的积△；△RR平衡条件测量电桥R3R1R2R4EUOKRR/接成全桥时即R1、R4受拉；R2、R3受压；或R1、R4受压；R2、R3受拉必须接成差动方式KEUO设4321则（3）压阻式力传感器将4个半导体应变片“集成”在一起，灵敏度很高（是金属应变片的500～1000倍），工作可靠、精度高。（4）压电传感器原理：压电效应。打火机、电子炉盘的点火机构输出压电材料力力+++压传感器等效为一个具有电容的电荷源。aCqUUCaq+-△∞+-+CfUO电荷放大器“虚地”dAdACr0fOCqU+-Caq+-（5）电容传感器εAdε——极板之间介质的介电常数εr——极板之间介质的相对介电常数ε0——真空的的介电常数，8.854188pF/m压力物位差压加速度角位移振动位移(5)电容式检测元件ACdAdRrl平板型圆筒型0r真空介电常数相对介电常数2lnlCRrACd变介电常数式变极距式变面积式变面积式变介电常数式cKCAAdAd理论上，输入输出关系是线性的。线性cKCAdAd介质导电时，极板表面应涂绝缘层可用来测水位、物位、介质厚度等绝对压力变送器电容式差压变送器电容式液位变送器电容式接近开关消除温度对电容的影响温度补偿温度变化附加误差测量误差几何尺寸变化介电常数变化选用温度系数小且稳定的材料在转换电路中采取补偿措施消除寄生电容的影响驱动电缆技术屏蔽接地技术CLCHED2D1R2R1UOR3差动电容变送器CHCL时,UO0CHCL时,UO0作用:将差压信号的大小转换成4—20mA电容式压差变送器(美.罗斯蒙特)HART（HighwayAddressableRomoteTransducer）:多路可寻址远程传感器。2.2KHz1.2KHz叠加在信号上,平均值为010扩散硅式压差变送器(美.霍尼韦尔ST3000)压阻式力传感器压差(压力)ROM：固化程序，通用程序PROM：“个性”程序，每台的参数可能有所不同RAM：用于计算EPROM：用于掉电保护、修改量程、报警信息等温度净压多路开关CPUA/DD/AROMPROMRAMEEPROMV/II/O现场通讯器4～20mA